Active formation of picocavities in water and its application to molecular-resolution dynamic spectroscopy

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K18988
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: Saiki Toshiharu 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70261196)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: DNA / アミノ酸 / 表面増強ラマン散乱 / ナノポア / 相変化材料

Outline of Final Research Achievements

Adsorption of base molecules on the surface of gold nanoparticles and protonation of the base at low pH enhanced the dimer formation. Furthermore, single-base resolution using dimer hot spots (picocavities) was demonstrated by single-particle Raman measurements in water using single-base-substituted oligonucleotides. Subsequently, phase-change nanopores were fabricated to mechanistically control the picocavities, and the attraction and trapping of gold nanoparticles in the nanopores was attempted. High efficiency of induction was achieved by electrothermal and electroosmotic flow under an AC electric field.

Free Research Field

ナノフォトニクス　ナノバイオフォトニクス　相変化フォトニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生体一分子の捕捉、マニピュレーション、サブナノ分光分析を精密なチューニング機構のもとで実現するためのツール開発を目指した研究である。アダトムがDNA塩基と相互作用しながら相対位置を一方向にシフトする機構を考案できれば、光学的DNAシークエンサーとして完成し、プロテインシークエンサーも現実的となる。細胞内の混雑環境下にてタンパク分子の構造変化の分光的可視化や構造力学的作用と機能発現との相関の解明などに寄与する新たなツールとしての可能性も秘めている。